Capítulo 4 - Celorico Wireless
4.4. Caracterização da rede
As necessidades de conectividade em banda larga entre os edifícios do Município de Celorico de Basto eram uma preocupação latente sentida há já vários anos. O presente projecto permitiu investir na infra-estrutura de rede (Figura 24) que passou no seu backbone pelas ligações em fibra óptica entre os edifícios principais e num segundo nível pela rede Wi-Fi de Hostspots.
Na imagem seguinte podemos visualizar o desenho do estado final da infra-estrutura de rede do Município de Celorico de Basto.
Figura 24 ! Desenho final da rede municipal
Pretendia-se um projecto mais ambicioso e mais abrangente no que se refere ao número de nós a interligar. A distância geográfica de alguns pontos, nomeadamente das vinte e duas sedes de JF do concelho foi sem dúvida determinante, para não ser possível de
No que se refere à passagem de fibra óptica nas redes viárias de forma embutida, e à problemática da realização do caminho de cabos com a necessidade de abertura e fecho de valas e de reparação do pavimento foram tidas em conta para minimizar o impacto das obras nas vias urbanas e não onerar o projecto com custos não tecnológicos.
Na sede do concelho foi aproveitada a abertura de valas em algumas das vias rodoviárias para um projecto local de implementação de uma rede de distribuição de gás canalizado, para em simultâneo, realizar o caminho de cabos para a passagem da fibra óptica.
Sobre os meios de transmissão, foram usados vários tipos de meios físicos para a transmissão de dados. Cada um com as suas características e desempenhos em termos de largura de banda.
Foram utilizados cabos UTP Categoria 5e nas situações de interligação de equipamentos (Computadores, Servidores, APs e Switches) na rede estruturada de cada edifício.
A porta de saída para a Internet ficou a cargo de um ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line). O referido ADSL foi instalado sobre a linha analógica com o número 255 322 696 e tem as seguintes características: 8.128/1.024Kbits 1:20, ou seja, débito de download 8.128 upload 1.024 Kbits e uma taxa de contenção de 1:20.
Meios de transmissão ! Fibra óptica
A Câmara municipal já havia interligado através de fibra óptica a rede municipal dos seguintes locais:
• Câmara Municipal e Casa da Quinta do Prado (edifícios contíguos);
• Biblioteca Municipal e Centro Documental (edifícios contíguos).
De seguida, vamos efectuar a descrição da implementação de cablagem de fibra óptica utilizada no presente projecto de rede Celorico Wireless.
A fibra óptica foi utilizada na interligação da infra-estrutura dos seguintes edifícios:
• Câmara Municipal e Biblioteca Municipal;
• Câmara Municipal e Antigos Paços Concelho (Casa do Agricultor);
• Câmara Municipal e Grande Campo de Jogos e Oficinas.
A rede implementada é representada nas duas imagens seguintes, a nível dos activos de rede e topologia da rede de fibra óptica (Figura 25), e na segunda a nível das ligações e juntas de fibra óptica (Figura 26).
Figura 25 ! Topologia da rede fibra óptica
A rede de fibra óptica (Figura 27) instalada tem as seguintes características:
Os cabos de fibra óptica utilizados são cabos do tipo monomodo (9/125), com características próprias para ser instalado em conduta de exterior. Trata-se de um cabo com doze fibras de capacidade distribuídas por seis tubos de PBTP (polibutileno tereftolato) no seu interior envoltos em geleia, que foram enfiados em caminhos de cabos (tubos de polietileno de quatro polegadas), ao longo das vias rodoviárias até aos bastidores no interior dos edifícios.
Figura 27 ! Planta do caminho da fibra óptica
Os repartidores de fibra óptica foram instalados em bastidores do tipo rack de dezanove polegadas. A entrada do cabo de fibra óptica foi efectuada na parte posterior do armário, tendo na sua parte inferior um local para se efectuar a reserva dos loose tubes, passado para a parte superior onde se efectuou a fusão entre os pigtails e as fibras.
Este tipo de repartidor telescópico permite uma movimentação da gaveta de junção sem efectuar qualquer tipo de danos nas fibras ópticas e garante uma espaçosa e total acomodação quer ao excesso da fibra quer ao excesso do pigtail.
O repartidor na sua parte frontal é protegido por uma tampa, de forma a garantir uma melhor protecção aos patchings efectuados. Estes patchcords poderão ser encaminhados quer pela parte lateral quer pela parte posterior.
As caixas de junção utilizadas são compactas e herméticas, próprias para o uso em instalações subterrâneas de cabos de fibra óptica. Adequadas para a protecção das juntas de cabos de fibra óptica onde se pretende uma elevada estanquecidade.
A entrada dos cabos de fibra óptica é efectuada pela base da caixa de junta que é fechada com um dispositivo que garante total estanquicidade.
No interior da caixa de junção e após o cabo ser preparado, existe um local próprio para se efectuar o correcto armazenamento dos loose tubes.
Nos ensaios finais da fibra óptica a metodologia a seguir foi a que indicam as normas, foram efectuados ensaios de potência e o teste de atenuação óptica com o OTDR (Refletômetro Óptico no Domínio do Tempo).
De seguida apresentamos um ensaio em obra de fibra óptica (Tabela 6) no caso a ligação de mil e duzentos metros do ramal entre o Município e a Biblioteca Municipal para teste e certificação de rede.
Meios de transmissão ! Wi-Fi
A principal tecnologia utilizada na construção de redes sem fios é a família de protocolos 802.11 (802.11a, 802.11b, 802.11g e 802.11n), também designada por Wi-Fi Wireless Fidelity.
Wi-Fi é uma marca registada da Wi-Fi Alliance, que é utilizada por produtos certificados que pertencem à classe de dispositivos de rede local sem fios (WLAN) baseadas na norma IEEE 802.11.
A tecnologia Wi-Fi foi descrita no segundo capítulo, descreve-se de seguida, o desenho da rede incluindo as ligações sem fios instaladas no projecto de rede Celorico Wireless.
O desenho da rede actual (Figura 28) resulta da infra-estrutura base existente acrescida da implementada no âmbito do presente trabalho.
Figura 28 ! Desenho da rede municipal
Implementação da rede Wireless em Mesh
No projecto Celorico Wireless foram criadas redes em Mesh em que a banda dos 2.4 GHz serve exclusivamente os clientes do Wi-Fi utilizando a norma IEEE 802.11b/g, e a banda dos 5 GHz serve unicamente o backhaul através da norma IEEE 802.11a.
O objectivo é melhora significativamente o desempenho e a segurança quando comparado com as tradicionais redes usando um só canal de rádio.
As vantagens da rede em malha são: a capacidade de formação automática; a tolerância a falhas através das rotas dinâmicas; o seu baixo custo; a facilidade incremental de nós e a facilidade de implementar este tipo de redes.
A rede em Mesh 5 GHz engloba os APs do Município, Posto Turismo, Piscina, Mercado, Zona Verde, Piscina e Biblioteca. A rede em Mesh 2.4 GHz engloba os APs da Zona Verde.
Implementação da rede Wireless ao nível da Câmara Municipal
No município foi instalado um AP que forma uma rede em mesh com comunicações a 5 GHz com os APs dos seguintes locais e nas respectivas distâncias:
• Posto de Turismo (duzentos metros com LOS);
• Mercado Municipal (duzentos e cinquenta metros com LOS);
• Zona Verde (trezentos metros com LOS);
• Piscina (duzentos e cinquenta metros com LOS);
• Biblioteca (trezentos metros com LOS).
A solução de rádio para esta zona passou pela instalação de um AP outdoor (Figura 29), com duas antenas sectoriais para o rádio 5 GHz e o 2.4 GHZ, fixas num mastro de um metro e meio colocado na cobertura do edifício. Este AP dá cobertura à zona frontal do mercado, zona verde e posto turismo.
Para minimizar as perdas de potência o AP foi instalado a um metro de distância das antenas. A escolha de antenas sectoriais tem o objectivo de transmitir o sinal numa única direcção mas com ângulo aberto, direccionada para irradiar no espaço até limite do posto de turismo, do mercado municipal e na zona verde (Figura 29, 30).
Figura 29 ! Perspectiva do mastro com o AP do município.
Figura 30 ! Perspectiva da cobertura do AP do município.
Implementação da rede wireless ao nível da Zona Verde e do Mercado
Na zona verde (Figura 31) a solução Hotspot passou pela instalação de uma rede em
desempenhos da rede mesh de rádio 2.4 GHz utilizou-se antenas omnidireccionais que irradiam os sinais em várias direcções, com um ângulo de 360º.
Figura 31 ! Zona verde e mercado municipal
O AP do mercado tem uma antena sectorial 5 GHz fixa a um mastro de um metro e meio na cobertura do edifício. A antena sectorial tem o objectivo de transmitir o sinal numa única direcção mas com ângulo bastante aberto. A antena está direccionada para irradiar na direcção do parque da zona verde, piscina e biblioteca.
Implementação da rede wireless ao nível do Posto Turismo
Como já referido o edifício do posto de turismo não foi contemplado por ligação em fibra óptica devido à relação custo/beneficio, em grande parte por tal implicar grandes obras para fazer o caminho de cabos.
Logo a comunicação do posto de turismo (Figura 32) com a câmara é feita por wireless a 5 GHz através de um AP outdoor com antena sectorial. A escolha de uma antena sectorial tem o objectivo de transmitir o sinal numa única direcção mas com ângulo bastante aberto, direccionada para irradiar no sentido da praça cardeal D. António Ribeiro (câmara) e do mercado municipal.
O segundo AP é do tipo indoor com antena interior embutida e é responsável pela cobertura Wi-Fi dentro do espaço do posto de turismo.
Figura 32 ! Posto de turismo
Implementação da rede wireless ao nível da Piscina Municipal
A solução Hotspot para a piscina (Figura 33) foi realizada com um AP do tipo indoor com antena interior embutida e é responsável pela cobertura Wi-Fi dentro do espaço. Para a comunicação em Mesh 5 GHz o AP usa uma antena sectorial que tem a missão de transmitir o sinal direccionado para irradiar na linha dos AP da zona verde e do mercado.
Figura 33 ! Piscina municipal.
Implementação da rede wireless ao nível dos Antigos Paços do Concelho Neste edifício (Figura 34) a solução Hotspot passou pela instalação de dois APs indoor com antenas sectoriais. Um responsável pela cobertura Wi-Fi da parte frontal exterior do edifício e o outro AP responsável pela cobertura Wi-Fi da área lateral exterior.
A escolha de antenas sectoriais tem o objectivo de transmitir o sinal numa única direcção, para irradiar sinal de forma mais extensa na zona da envolvente da Praça Albino Alves Pereira (ao longo de duzentos metros) e também no Jardim da Av. João Pinto Ribeiro (com cento e cinquenta metros).
Figura 34 ! Antigo edifício dos paços do concelho
Implementação da rede wireless ao nível do Grande Campo de Jogos
Nesta área (Figura 35), a solução Hotspot passou pela instalação de um AP indoor na sala de imprensa que assegura a cobertura interior, uma antena colocada num mastro de um metro e meio fixo na cobertura do mesmo assegura a cobertura outdoor (ao longo de cem metros).
A escolha de uma antena sectorial tem o objectivo de transmitir o sinal numa única direcção mas com ângulo bastante aberto, direccionada para irradiar sinal forte na zona destinada ao público.
Figura 35 ! Edifício do grande campo de jogos
Implementação da rede wireless ao nível da Biblioteca Municipal
Foi criado neste fantástico espaço e sua área envolvente um hotspot que passou pela instalação de três APs.
Um AP outdoor colocado num mastro fixo a uma chaminé existente na biblioteca com uma antena sectorial de 2.4 GHz que faz a cobertura outdoor na zona envolvente da capela e da eira. Um segundo AP no centro documental (Figura 36) com antena sectorial que faz a cobertura outdoor das zonas de exposição (três núcleos próximos). O terceiro AP foi colocado no interior do terceiro pólo de exposições para reforço da cobertura interior no pólo mais distante da biblioteca (oitenta metros).
Implementação da rede wireless WiMAX (Biblioteca ! Oficinas)
Dada a importância vital das comunicações da câmara com as oficinas, foi criada para além da ligação principal em fibra óptica uma segunda ligação, redundante via rádio com tecnologia 802.16.
O objectivo desta ligação é servir de linha de apoio, ou alternativa ao link principal de fibra óptica para as comunicações criticas da Câmara para Oficinas via Biblioteca, a escolha da Biblioteca deve-se ao facto de esta ter LOS (Line of Sight) (Tabela 7), e permitir ligação com boa qualidade de rádio e desempenho.
Tabela 7 ! Traçado do perfil Biblioteca ! Oficinas
Optou-se por usar nesta ligação de backbone a faixa de frequência dos 5 GHz pelo facto de se poder usar uma potência de transmissão maior (que também permite atingir distâncias superiores), ser uma banda radioeléctrica menos populada e por isso menos sujeita a interferências e por ser uma frequência de transmissão alta, conseguindo uma maior eficiência nas ligações sem fios direccionais com LOS.
Foram instalados dois equipamentos com tecnologia WiMAX, numa topologia do tipo ponto a ponto, na frequência de 5 GHz com uma distância de mil e oitocentos metros e débito de 252 Mbps.
Esta ligação foi parametrizada na gestão activa da rede com uma prioridade de tráfego inferior ao nó base em fibra óptica. Permite assim que esta seja uma ligação de apoio ou ligação alternativa entre a câmara e as oficinas via biblioteca municipal no caso de quebra da ligação de fibra óptica no troço entre a câmara e as oficinas.
Os dois APs tem antena integrada de 23 dBi, numa configuração ponto a ponto, dada a distância do emissor e receptor é possível efectuar um cálculo de balanço de potência da ligação.
Balanço de Potencia
Ligação em espaço livre e linha de vista
10 parâmetro que caracteriza, por si só e de forma simples, a capacidade de radiação de um sistema de emissão. A potência isotrópica no receptor representa o nível de potência de sinal no ponto de recepção: exprime a potência que seria recebida por uma antena ideal isotrópica. Note-se que, entre as antenas e os equipamentos de emissão e recepção, existem ligações que introduzem perdas adicionais, indicadas por Le e Lr.
Refira-se que a equação da potência recebida, sem considerar as perdas adicionais, isto é,
( )
C = C + G + 20loge e 10 4ﻀﺻd+ G dBWr
A bem conhecida fórmula de Friis18, na sua versão logarítmica. Esta equação só é válida se as antenas estiverem suficientemente afastadas, sendo habitual tomar como distância mínima de validade dmin a zona distante da antena de maiores dimensões. Por exemplo no caso de um parabolóide circular de diâmetro D, dmin é dado por
2 min
d =2D ﺻ
A margem de desvanecimento (Fade Margin) e o valor de segurança para garantir um bom funcionamento do enlace, mínimo de 6 dB a 10 dB.
Valores dos elementos recolhidos sobre o rádio para cálculo do balanço de potência (Tabela 8).
Tabela 8 ! Valores das variáveis para cálculo do balanço potência na ligação biblioteca - oficinas
18 A Fórmula de Friis é usada em engenharia de telecomunicações e relaciona a potência transmitida de uma
Cálculos:
20log ( 4 ) 20log (1800) (20log(5,8 * 10 ) 112,8157822 112,82 30 82,82 3 * 10
-O resultado do balanço de potência é conseguido face à curta distância da ligação, sendo o desempenho muito bom, tipicamente o intervalo é de -60 e -80 dBm de potência do sinal wireless recebido.
O rádio em questão foi instalado num mastro de um metro e meio colocado na cobertura do edifício, através do traçado de perfil (apresentado na Tabela 7), verifica-se a existência de LOS entre a biblioteca municipal e as oficinas (Figura 37) localizadas na zona industrial de Lordelo.
Figura 37 ! Bastidor das oficinas
A seguir apresentamos o menu do interface de configuração do equipamento de rádio instalado (Figura 38) na rede segundo a norma 802.16 certificação WiMAX.
Figura 38 ! Interface do Motorola
Conteúdos e serviços disponibilizados na rede Celorico Wireless
No presente projecto de rede pública de Hotspots é disponibilizado o acesso em banda larga a redes privadas ou públicas de uma forma simples e cómoda, possibilitando a mobilidade, flexibilidade e conveniência no acesso à informação.
O acesso à Internet e Intranet da autarquia, sem custos de utilização, tem como objectivo criar um ambiente favorável ao desenvolvimento e combater a infoexclusão.
Zonas de cobertura da rede Celorico Wireless
A rede Wi-Fi cobre essencialmente a zona do centro histórico da vila e a praça da antiga câmara (Praça Albino Alves Pereira), a área de infra-estruturas culturais, lúdicas e desportivas como seja a biblioteca, o centro documental, o parque desportivo, as praças e jardins adjacentes e o estádio municipal.
Podemos constatar na figura seguinte da proximidade geográfica entre as zonas de cobertura (Figura 39).
Figura 39 ! Vista área das zonas de cobertura da rede wireless
Na imagem seguinte (Figura 40) podemos visualizar a mancha de cobertura Wi-Fi na zona do centro histórico da vila (Praça Albino Alves Pereira).
Figura 40 ! Cobertura rede wireless no centro histórico
O Grande Campo de Jogos (Figura 41) tem cobertura Wi-Fi, indoor e outdoor na área das bancadas.
Figura 41 ! Grande Campo de Jogos
Autenticação na rede Wi-Fi Celorico Wireless
A rede Celorico Wireless usa o método de autenticação aberta, este método corresponde a um simples esquema do tipo pergunta - resposta.
A primeira etapa da sequência corresponde ao envio da mensagem Authentication Request por parte da estação. A segunda fase corresponde à resposta positiva do ponto de acesso através da mensagem Authentication Response [2].
A página de acesso (Figura 42) e autenticação na rede Celorico Wireless está configurada para redireccionar o utilizador para a página de entrada que têm por base a página da autarquia. Na área mais à esquerda da janela, localiza-se a secção de autenticação no sistema de gestão da rede.
Figura 42 ! Portal entrada rede wireless
Nas imagens seguintes podemos visualizar em pormenor a janela de autenticação de login e de logout (Figura 43 e 44).
Figura 43 ! Autenticação na rede
Caso o browser permita janelas de pop-up do site, é visível numa nova janela a zona de gestão de tempo e de logout.
Serviço de apoio aos utilizadores da rede Wi-Fi Celorico Wireless
Com o objectivo de dar suporte aos utilizadores da rede Wi-Fi Celorico Wireless foi elaborado um manual19 de utilizador (Figura 45) específico para a rede wireless.
É possível solicitar informações e esclarecimentos técnicos e de funcionamento relativas à rede Wi-Fi Celorico Wireless, via telefone para o número 255320300 e via correio electrónico através do endereço de e-mail [email protected].
Figura 45 ! Manual utilizador rede Celorico Wireless.
Plataforma de gestão
O Hotspot Wi-Fi Celorico Wireless é gerido através da aplicação WGManager (Figura 46) da Nonius Software20.
Com base nos requisitos técnicos definidos para o sistema de gestão e monitorização da rede e em função das características técnico financeiras das propostas apresentadas, a escolha recaiu na implementação do software WGManager.
Figura 46 ! Autenticação no WGManager
A aplicação WGManager é uma interface web de gestão de hotspots e reside no WGServer, a versão instalada corre a Release 3.4.0 de 16-07-2010.
A aplicação permite: gerir os utilizadores em tempo real; visualizar histórico de sessão e o histórico de utilizadores; a gestão de endereços MAC (Media Access Control) da placa de rede dos portáteis dos utilizadores e a gestão de conteúdos (através do bloqueio de sites); A gestão de perfis de utilizadores e a gestão de vouchers; e produzir relatórios diversos com filtros como sobre utilizadores e logins.
O número total de utilizadores registados na plataforma da rede Celorico Wireless é até à data de mil cento e cinquenta, o universo da população concelhia é de
aproximadamente vinte mil pessoas, o que dá uma taxa de utilização equivalente a aproximadamente seis pontos percentuais da população.
Apresentamos (Figura 47) uma vista do WGManager na área de gestão de utilizadores da rede pública Wi-Fi.
Figura 47 ! Gestão de utilizadores ligados na rede
Dados sobre activos instalados na rede Celorico Wireless
Na execução do projecto registamos a implementação através de um esboço do desenho da rede (Figura 48).
Figura 48 ! Rede implementada pelo projecto
O Município de Celorico implementou oito zonas Hotspots (Tabela 9), nas seguintes zonas:
Local Wi-Fi Coordenadas GPS
Câmara Municipal 41°23'34.19"N 7°59'58.42"W Mercado Municipal 41°23'27.73"N 7°59'57.26"W Posto Turismo 41°23'30.14"N 7°59'55.63"W Piscina Municipal 41°23'26.49"N 8° 0'2.16"W
Parque Lúdico 41°23'29.55"N 8° 0'0.13"W Biblioteca Municipal 41°23'29.34"N 8° 0'9.68"W Praça Antiga Câmara 41°23'16.13"N 8° 0'1.03"W Grande Campo Jogos 41°23'46.80"N 7°59'29.43"W
De seguida, fazemos o inventário de equipamentos instalados (Tabela 10), tratamos informação relacionada com os próprios APs que constituem a rede de Hotspots Celorico Wireless.
Local do Hotspots Endereço Rede IP Serial Nº Software
Município 192.168.186.1 08UT30700004 v3.6.3
Posto Turismo Interior 192.168.186.2 08UC25840662 v3.6.3 Posto Turismo Exterior 192.168.186.3 08UT30700019 v3.6.3
Mercado 192.168.186.4 08UT31700005 v3.6.3
Parque Poste 1 192.168.186.5 08UT30700014 v3.6.3 Parque Poste 2 192.168.186.6 08UT31700015 v3.6.3 Parque Poste 3 192.168.186.7 08UT31700021 v3.6.3
Piscinas 192.168.186.8 07UC50810019 v3.6.3
Grande Campo Jogos 192.168.186.9 08UC25840669 v3.6.3 Biblioteca Sala Exposições 192.168.186.10 08UC25780472 v3.6.3 Biblioteca Salas Jardim Frente 192.168.186.11 08UC25780476 v3.6.3 Biblioteca Ext. Traseiras 192.168.186.12 08UT31700013 v3.6.3 Antiga CM Cob. Frontal 192.168.186.13 08UC25780468 v3.6.3 Antiga CM Cob. Lateral 192.168.186.14 08UC25840668 v3.6.3
Tabela 10 ! Equipamentos Hotspots Celorico Wireless
Na tabela seguinte apresentamos informações sobre os equipamentos instalados, relacionados com as antenas e frequências de rádio (Tabela 11).
Localização Modelo Rádio Max Output Power
Tipo Antena Antena Rede MESH
Município AP4000MR 2.4 GHz
Município AP4000MR 2.4 GHz